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为解决北太平洋深层水（NPDW）形成历史及对气候变化敏感性的问题，研究人员开展了北太平洋 NPDW 形成历史的研究。通过分析氧同位素和微量元素，发现晚更新世存在 NPDW，早更新世冰期其形成受抑制，这对理解海洋环流和气候变化意义重大。
在地球气候的漫长演变过程中，海洋深层水环流扮演着极为关键的角色，它如同地球的 “隐形引擎”，驱动着热量、盐分和营养物质在全球范围内的传输，深刻影响着全球气候系统。如今，在北太平洋的高纬度地区，深层水不再形成，然而地质历史却暗示着截然不同的情况。在过去温暖的时期，如上新世，北太平洋似乎曾存在活跃的深层水形成过程，这一现象引发了科学界的广泛关注与激烈争论。
现有的关于上新世北太平洋深层水（North Pacific Deep Water，NPDW）形成的证据大多依赖于代理记录，这些记录极易受到当地生产力变化的干扰，导致结果存在偏差。此外，众多针对上新世的模拟研究在北太平洋未能成功模拟出活跃的翻转环流，这可能源于模型运行时间有限、对上新世温度梯度的重建不够准确，或者无法精确模拟上新世古地理变化等因素。这些问题犹如层层迷雾，笼罩着北太平洋深层水形成的研究，使得我们对其在地质历史时期的变化机制知之甚少。而深入了解过去深层水形成的变化，对于理解全球气候变化、碳循环以及海洋生态系统的演变至关重要，因此开展相关研究迫在眉睫。
为了揭开这些谜团，来自英国伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）、伦敦大学学院（University College London）、美国乔治梅森大学（George Mason University）等多个研究机构的研究人员 Friso de Graaf、Heather L. Ford 等人，对北太平洋深层水形成的历史展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解地球气候变化与海洋环流的关系提供了全新的视角。
研究人员运用了多种关键技术方法。他们从位于西北太平洋 Shatsky Rise 的海洋钻探计划（Ocean Drilling Program，ODP）1209 站点采集样本，对样本中的底栖有孔虫进行了稳定同位素和微量元素分析。通过测量底栖有孔虫的氧同位素比值（δ18O）和镁钙比（Mg/Ca），利用 PSUSolver 计算温度和海水δ18O值。同时，采用轨道调谐和贝叶斯算法构建年龄模型，进行统计分析以确定数据的显著性差异。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 晚更新世北太平洋深层水形成：研究人员对西北太平洋不同深度站点的氧同位素分析发现，晚更新世（330 - 270 万年前）北太平洋存在两种截然不同的水体。通过对 ODP 1209 和 1208 站点的δ18O记录对比，发现 1209 站点的δ18O值更重，结合 Mg/Ca 比值得出的底层水温（Bottom Water Temperature，BWT）数据，表明 NPDW 比其下方来自南方的水体更冷、更淡。这一发现与现代北太平洋的水体结构形成鲜明对比，有力地证明了晚更新世北太平洋存在 NPDW。
- 早更新世深层水团的变化：在北半球大冰期（intensification of Northern Hemisphere Glaciation，iNHG，约 270 万年前）之后，研究人员观察到相关记录在冰期和间冰期呈现出不同的变化趋势。冰期时，1209 和 1208 站点的δ18O值差异减小，意味着 NPDW 形成受到抑制；而间冰期时，该差异增大。Mg/Ca 记录也显示，冰期时两个站点的水体性质趋于一致，间冰期则出现差异。这表明早更新世的冰期 - 间冰期循环对北太平洋中层深度的 NPDW 形成和输出产生了显著影响。
- 海洋通道与 NPDW 形成的关系：研究人员认为，早更新世冰期海平面下降会导致印度尼西亚通道关闭或水团运输减少，这是 NPDW 形成的重要控制因素。关闭印度尼西亚通道会改变太平洋的温度和盐度分布，增强北太平洋副极地地区的盐跃层，进而阻止 NPDW 的形成。
研究结论和讨论部分指出，该研究明确了晚更新世北太平洋存在 NPDW 和来自南大洋的水体，而早更新世冰期 - 间冰期因素对北太平洋深层水形成产生了调节作用。这一发现揭示了海洋通道对海平面和冰量变化的高度敏感性，以及其在塑造深层水环流和气候系统中的关键作用。此外，研究还表明，iNHG 之后，太平洋和大西洋的深层海洋特征变得更加相似，这可能是由于 NPDW 形成的停止，使得南极底层水的范围扩大，进而对全球碳循环产生了深远影响，改变了大气温度和碳循环模式。
总的来说，这项研究为我们理解地球气候演变过程中海洋环流的变化提供了关键线索，有助于深入探究全球气候变化的机制，对预测未来气候变化趋势具有重要的科学意义。它不仅填补了我们对北太平洋深层水形成历史认识的空白，还为后续相关研究奠定了坚实基础，为科学家们进一步探索地球气候系统的奥秘指明了方向。
